JPWO2016132414A1 - 蓄電モジュール、蓄電装置、蓄電システム、制御方法、電子機器、電動車両および電力システム - Google Patents
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Abstract
Description
電池部と、
コントローラと、
通信部と、
コントローラと通信部との間を絶縁する第1の絶縁部と、
第1の絶縁部の耐圧より高い耐圧の第2の絶縁部と
を備える蓄電モジュールである。
直列に接続された複数の蓄電モジュールと、
各蓄電モジュールを制御する制御装置と
を備え、
蓄電モジュールは、
コントローラと、
通信部と、
コントローラと通信部との間を絶縁する第1の絶縁部と、
第1の絶縁部の耐圧より高い耐圧の第2の絶縁部とを備え、
各蓄電モジュールの通信部と制御装置との間に第2の絶縁部が設けられる蓄電装置である。
上記蓄電装置を複数、備え、
複数の蓄電装置が直列に接続されて成り、
各制御装置と通信を行う統合制御装置を備える
蓄電システムである。
本技術は、上記蓄電システムから、電力の供給を受ける電子機器でもよい。
本技術は、上記蓄電システムから、電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置と、蓄電装置に関する情報に基づいて車両制御に関する情報処理を行なう制御装置とを有する電動車両でもよい。
本技術は、他の機器とネットワークを介して信号を送受信する電力情報送受信部とを備え、送受信部が受信した情報に基づき、上記蓄電システムの充放電制御を行う電力システムでもよい。
本技術は、上記蓄電システムから、電力の供給を受け、または発電装置または電力網から蓄電システムに電力を供給する電力システムでもよい。
上記蓄電システムにおける制御方法であり、
統合制御装置が、
複数の蓄電装置のうち、所定の蓄電装置の出力を選択的に負荷に供給する制御を行い、
所定の蓄電装置の出力を選択的に負荷に供給した場合に、所定の蓄電装置の放電電流を上限値より小さい範囲内において増加させる制御を行う
制御方法である。
<1.第1の実施形態>
<2.第2の実施形態>
<3.応用例>
<4.変形例>
以下に説明する実施形態等は本技術の好適な具体例であり、本技術の内容がこれらの実施形態等に限定されるものではない。
始めに、本技術の実施形態等に対して適用可能な二次電池について説明する。二次電池の一例は、正極活物質と、黒鉛等の炭素材料を負極活物質として含むリチウムイオン二次電池であり、正極材料としてオリビン構造を有する正極活物質を含有するものである。
図1は、本技術の第1の実施形態における蓄電システム1A等の構成を示した図である。蓄電システム1Aは、概略、直列に接続された4個のストリングSTR1〜4と、統合制御装置としての統合コントローラINCとを備えている。ストリングSTRは、16個の蓄電モジュールMODが直列に接続されることにより構成される蓄電モジュール群SMODと、個々の蓄電モジュールMODを制御する制御装置としてのコントロールボックスICNTとを備えており、コントロールボックスICNTと統合コントローラINCとの間で通信ができるように構成されている。なお、統合コントローラINCはEMU(Energy Management Unit)と、コントロールボックスICNTはBMU(Battery Management Unit)とそれぞれ称される場合がある。
ストリングSTRは、複数の蓄電モジュールMODとコントロールボックスICNTとを組み合わせた単位である。図2に示すように、一例として16個の蓄電モジュールMOD1〜MOD16が直列に接続される。蓄電モジュールMOD1〜MOD16が絶縁部ISを介してインターフェースバスBSと接続されている。
図3は、蓄電モジュールMODの機械的構成を示す分解斜視図である。蓄電モジュールMODの外装ケースは、板金加工された金属製の外装下ケース5aおよび外装上ケース5bからなる。外装下ケース5aおよび外装上ケース5bの材料としては、高い熱伝導率および輻射率を有する材料を用いることが好ましい。優れた筐体放熱性を得ることができ、ケース内の温度上昇を抑制することができる。例えば、外装下ケース5aおよび外装上ケース5bの材料は、アルミニウムまたはアルミニウム合金または銅または銅合金である。ケースの背面には、蓄電モジュールMODに対して充放電のための外部正極端子6および外部負極端子7が設けられている。
図6に示すように、蓄電モジュールMOD1〜MOD16に対してバランス回路50が接続されている。バランス回路50は、蓄電モジュールMOD1〜MOD16の電圧を等しくするように制御する回路である。バランス回路50によってなされるバランス制御としては、アクティブボトムセルバランス制御とアクティブトップセルバランス制御とを例示することができる。アクティブボトムセルバランス制御は、ある電池ブロックグループBBが使用下限電圧に到達した時点で最も容量が残っている(最高電位)電池ブロックグループBBから他の容量が最も少ない(最低電位)電池ブロックグループBBに電力を移して残っている容量をほぼ等しくする制御である。アクティブトップセルバランス制御は、ある電池ブロックグループBBが使用上限電圧に到達した時点で最も容量が多い(最高電位)電池ブロックグループBBから他の容量が最も少ない(最低電位)電池ブロックグループBBに電力を移して残っている容量をほぼ等しくする制御である。バランス制御としてパッシブ方式を適用することも可能であるが、アクティブ方式の方が容量を有効に利用することができるので好ましい。
図6を再び参照して、コントロールボックスICNTについて説明する。コントロールボックスICNTは、共通電源ラインCLを介して蓄電素子51と接続されており、蓄電素子51からコントロールボックスICNTに対して電圧が供給されるように構成されている。コントロールボックスICNTは、例えば、制御部(HOST)61と、電力カウント部62と、通信部63と、AC/DCコンバータ64と、電力供給部65と、DC−DCコンバータ66と、第3の絶縁部としての絶縁部ISCとを含んで構成されている。
統合コントローラINCについて、概略的に説明する。統合コントローラINCは通信部、制御部等を備えており、コントロールボックスICNTや負荷が備える制御装置と通信可能とされている。
次に、第2の実施形態について説明する。特に断らない限り、第1の実施形態で説明した事項は第2の実施形態に適用することができる。
図16を参照して、バイパス回路60の一例について説明する。電力供給ラインの−(マイナス)出力端子が接続点T1a、スイッチSW10およびコイルL10を介してストリングSTR1の電力ラインのマイナス側に接続されている。ストリングSTR1の電力ラインの+側が、接続点T1b、接続点T1bと接続される接続点T2a、スイッチSW20およびコイルL20を介してストリングSTR2の電力ラインのマイナス側に接続されている。ストリングSTR2の電力ラインの+側が、接続点T2b、接続点T2bと接続される接続点T3a、スイッチSW30およびコイルL30を介してストリングSTR3の電力ラインのマイナス側に接続されている。ストリングSTR3の電力ラインの+側が、接続点T3b、接続点T3bと接続される接続点T4a、スイッチSW40およびコイルL40を介してストリングSTR4の電力ラインのマイナス側に接続されている。ストリングSTR4の電力ラインの+側が、接続点T4bを介して電力供給ラインの+(プラス)出力端子に接続されている。
図19,20,21、22のフローチャートを参照して制御の流れについて説明する。図19は、主要な処理の流れを示すフローチャートである。ステップST11では、統合コントローラINCが各コントロールボックスICNTと通信を行い、ストリングSTRにおける各蓄電モジュールMODの電圧を取得する。各蓄電モジュールMODの電圧が所定の範囲内にあれば正常と判断し、そうでなければ異常と判断する。異常と判断した場合には、処理がステップST20に進み蓄電システム1Bを停止する。各蓄電モジュールMODの電圧が正常と判断した場合には、処理がステップST12に進む。
「応用例としての住宅における蓄電システム」
本技術を住宅用の蓄電システムに適用した例について、図23を参照して説明する。例えば住宅101用の蓄電システム100においては、火力発電102a、原子力発電102b、水力発電102c等の集中型電力系統102から電力網109、情報網112、スマートメータ107、パワーハブ108等を介し、電力が蓄電装置103に供給される。これと共に、家庭内発電装置104等の独立電源から電力が蓄電装置103に供給される。蓄電装置103に供給された電力が蓄電される。蓄電装置103を使用して、住宅101で使用する電力が給電される。住宅101に限らずビルに関しても同様の蓄電システムを使用できる。
本技術を車両用の蓄電システムに適用した例について、図24を参照して説明する。図24に、本技術が適用されるシリーズハイブリッドシステムを採用するハイブリッド車両の構成の一例を概略的に示す。シリーズハイブリッドシステムはエンジンで動かす発電機で発電された電力、あるいはそれを電池に一旦貯めておいた電力を用いて、電力駆動力変換装置で走行する車である。
なお、本技術は、以下のような構成も取ることができる。
(1)
電池部と、
コントローラと、
通信部と、
前記コントローラと前記通信部との間を絶縁する第1の絶縁部と、
前記第1の絶縁部の耐圧より高い耐圧の第2の絶縁部と
を備える蓄電モジュール。
(2)
直列に接続された複数の蓄電モジュールと、
各蓄電モジュールを制御する制御装置と
を備え、
前記蓄電モジュールは、
コントローラと、
通信部と、
前記コントローラと前記通信部との間を絶縁する第1の絶縁部と、
前記第1の絶縁部の耐圧より高い耐圧の第2の絶縁部とを備え、
各蓄電モジュールの前記通信部と前記制御装置との間に前記第2の絶縁部が設けられる蓄電装置。
(3)
各蓄電モジュールの電池部の電圧を等しくするように制御し、蓄電素子を有するバランス回路を備える
(2)に記載の蓄電装置。
(4)
前記制御装置と前記蓄電素子とが、前記電池部が接続される電力ラインとは異なる共通電源ラインを介して接続され、
前記制御装置は、前記蓄電素子から供給される電圧に基づいて、前記コントローラの電源電圧を生成し、前記電源電圧が前記第2の絶縁部を介して前記通信部に供給されるように構成される
(3)に記載の蓄電装置。
(5)
前記蓄電素子と前記制御装置との間に、第3の絶縁部が設けられる
(3)または(4)に記載の蓄電装置。
(6)
(2)に記載の蓄電装置を複数、備え、
前記複数の蓄電装置が直列に接続されて成り、
各制御装置と通信を行う統合制御装置を備える
蓄電システム。
(7)
前記統合制御装置が第4の絶縁部を備える
(6)に記載の蓄電システム。
(8)
前記複数の蓄電装置のうち、所定の蓄電装置の出力を選択的に負荷に供給するバイパス回路を備える(6)または(7)に記載の蓄電システム。
(9)
前記統合制御装置は、所定の蓄電装置の出力を選択的に負荷に供給した場合に、前記所定の蓄電装置の放電電流を上限値より小さい範囲内において増加させる制御を行うように構成される
(8)に記載の蓄電システム。
(10)
(6)に記載の蓄電システムにおける制御方法であり、
前記統合制御装置が、
前記複数の蓄電装置のうち、所定の蓄電装置の出力を選択的に負荷に供給する制御を行い、
所定の蓄電装置の出力を選択的に負荷に供給した場合に、前記所定の蓄電装置の放電電流を上限値より小さい範囲内において増加させる制御を行う
制御方法。
(11)
(6)に記載の蓄電システムから、電力の供給を受ける電子機器。
(12)
(6)に記載の蓄電システムから、電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置と、前記蓄電装置に関する情報に基づいて車両制御に関する情報処理を行なう制御装置とを有する電動車両。
(13)
他の機器とネットワークを介して信号を送受信する電力情報送受信部とを備え、
前記送受信部が受信した情報に基づき、(6)に記載の蓄電システムの充放電制御を行う電力システム。
(14)
(6)に記載の蓄電システムから、電力の供給を受け、または発電装置または電力網から前記蓄電システムに電力を供給する電力システム。
CNT・・・モジュールコントローラ
ICNT・・・コントロールボックス
INC・・・統合コントローラ
BB・・・電池ブロックグループ
ISA・・・第1絶縁部
ISB・・・第2絶縁部
ISC,ISD・・・絶縁部
COM・・・通信部
CL+,CL−・・・共通電源ライン
50・・・バランス回路
51・・・蓄電素子
60・・・バイパス回路
Claims (14)
- 電池部と、
コントローラと、
通信部と、
前記コントローラと前記通信部との間を絶縁する第1の絶縁部と、
前記第1の絶縁部の耐圧より高い耐圧の第2の絶縁部と
を備える蓄電モジュール。 - 直列に接続された複数の蓄電モジュールと、
各蓄電モジュールを制御する制御装置と
を備え、
前記蓄電モジュールは、
コントローラと、
通信部と、
前記コントローラと前記通信部との間を絶縁する第1の絶縁部と、
前記第1の絶縁部の耐圧より高い耐圧の第2の絶縁部とを備え、
各蓄電モジュールの前記通信部と前記制御装置との間に前記第2の絶縁部が設けられる蓄電装置。 - 各蓄電モジュールの電池部の電圧を等しくするように制御し、蓄電素子を有するバランス回路を備える
請求項2に記載の蓄電装置。 - 前記制御装置と前記蓄電素子とが、前記電池部が接続される電力ラインとは異なる共通電源ラインを介して接続され、
前記制御装置は、前記蓄電素子から供給される電圧に基づいて、前記コントローラの電源電圧を生成し、前記電源電圧が前記第2の絶縁部を介して前記通信部に供給されるように構成される
請求項3に記載の蓄電装置。 - 前記蓄電素子と前記制御装置との間に、第3の絶縁部が設けられる
請求項3に記載の蓄電装置。 - 請求項2に記載の蓄電装置を複数、備え、
前記複数の蓄電装置が直列に接続されて成り、
各制御装置と通信を行う統合制御装置を備える
蓄電システム。 - 前記統合制御装置が第4の絶縁部を備える
請求項6に記載の蓄電システム。 - 前記複数の蓄電装置のうち、所定の蓄電装置の出力を選択的に負荷に供給するバイパス回路を備える請求項6に記載の蓄電システム。
- 前記統合制御装置は、所定の蓄電装置の出力を選択的に負荷に供給した場合に、前記所定の蓄電装置の放電電流を上限値より小さい範囲内において増加させる制御を行うように構成される
請求項8に記載の蓄電システム。 - 請求項6に記載の蓄電システムにおける制御方法であり、
前記統合制御装置が、
前記複数の蓄電装置のうち、所定の蓄電装置の出力を選択的に負荷に供給する制御を行い、
所定の蓄電装置の出力を選択的に負荷に供給した場合に、前記所定の蓄電装置の放電電流を上限値より小さい範囲内において増加させる制御を行う
制御方法。 - 請求項6に記載の蓄電システムから、電力の供給を受ける電子機器。
- 請求項6に記載の蓄電システムから、電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置と、前記蓄電装置に関する情報に基づいて車両制御に関する情報処理を行なう制御装置とを有する電動車両。
- 他の機器とネットワークを介して信号を送受信する電力情報送受信部とを備え、
前記送受信部が受信した情報に基づき、請求項6に記載の蓄電システムの充放電制御を行う電力システム。 - 請求項6に記載の蓄電システムから、電力の供給を受け、または発電装置または電力網から前記蓄電システムに電力を供給する電力システム。
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